Перспективы повышения эффективности использования топлива в рамках проекта АЭС-2006

Требования к топливным циклам в проекте РУ АЭС-2006
По проектной стратегии использования топлива: применяются четырех- пятигодичные топливные циклы с одной перегрузкой в 12 (18) месяцев. РУ и активная зона должны обеспечивать возможность работы с межперегрузочным периодом до 24 месяцев;
По коэффициенту готовности: средний за весь срок службы АЭС коэффициент готовности блока при работе в базовом режиме – не менее 92 %, что определяет требования к продолжительности работы на номинальной мощности:
в 12-ти месячном топливном цикле – не менее 336 эфф. сут.;
в 18-ти месячном топливном цикле – не менее 504 эфф. сут.;
в 24-х месячном топливном цикле – не менее 672 эфф. сут.;
По выгоранию: предел среднего выгорания топлива ТВС с учетом инженерного коэффициента запаса – 70 МВт*сут/кгU;
По снижению флюенса на корпус и ВКУ: используются схемы перегрузки, уменьшающие утечки нейтронов из активной зоны;
По коэффициентам реактивности: обратные связи должны обеспечивать свойство внутренней самозащищенности активной зоны в соответствии с требованиями нормативных документов;
По ограничению распределения энерговыделения: на стадии формирования ПООБ устанавливаются следующие ограничения, обоснованные анализом безопасности проекта:
Kq ≤ 1,40, Kr ≤ 1,57, Qlmax ≤ 420* Вт/см
* с учетом инженерного коэффициента запаса и коэффициента неточности знания и поддержания мощности реактора

Увеличение загрузки топлива в активной зоне
ВВЭР-1200

Основные параметры активной зоны ВВЭР-1200

Стационарные топливные загрузки* ВВЭР-1200
*Представленные топливные загрузки описывают возможные варианты по реализации трех различных стратегий использования топлива в активной зоне ВВЭР-1200 и требуют последующей оптимизации в отношении всей совокупности нейтронно-физических характеристик
В качестве вариантов стационарных топливных циклов на рисунках представлены картограммы загрузок, разработанные в ОКБ «Гидропресс» с использованием аттестованного программного комплекса САПФИР_95&RC_ВВЭР

Основные характеристики топливных загрузок

где:
- Fi - стоимость i-ой составляющей производства (утилизации) партии топлива, загружаемой в ходе перегрузки;
- E(t) - количество электроэнергии (нетто), произведенной за период времени t от начала до конца работы топливной загрузки (в соответствии с ТЗ на проектирование АЭС‑2006 принимаем номинальную электрическую мощность турбоустановки 1160 МВт, учитывая затраты на собственные нужды, 7 %, электрическая мощность (нетто) составляет 1078,8 МВт).
Оценка эффективности использования топлива
Топливная составляющая стоимости единицы вырабатываемой электроэнергии:

Оценка эффективности использования топлива.
Исходные данные [1, 2]
1 «Экономика ядерного топливного цикла». ОЭСР (АЯЭ), 1994. Перевод Информ-Атом, 1998.
2 J.M. McMurray «The relationship between the uranium market price and supply-demand relationships» Proceedings of a technical meeting organized by the IAEA in cooperation with the OECD Nuclear Energy Agency and DIAMO State Owned Enterprise held in Straz, Czech Republic, 6–8 September 2004, pp. 63 – 72.

Оценка эффективности использования топлива.
Исходные данные [1, 2]

Оценка эффективности использования топлива.
Стационарная загрузка ВВЭР-1200 с ежегодной подпиткой 42 ТВС
Загрузка ВВЭР-1000 с ежегодной подпиткой 42 ТВС с увеличенной массой топлива (внешний диаметр топливной таблетки 7,6 мм, диаметр центрального отверстия 1,2 мм, высота топливного столба 368 см)

Рис. – Влияние нормы дисконтирования (r) на стоимость топливного цикла при ценовых характеристиках, соответствующих нижней (Ц-), базовой (Цб) и верхней (Ц+) границе цен на единицу продукции
Оценка эффективности использования топлива

Оценка эффективности использования топлива

Заключение ч.1
Для реализации установленных в ТЗ на разработку РУ АЭС-2006 целевых показателей по характеристикам топливных циклов в проекте активной зоны предусмотрено поэтапное увеличение объема топлива в ТВС за счет следующих основных решений:
- удлинения топливного столба;
- увеличения наружного диаметра топливной таблетки и уменьшения или исключения центрального отверстия.
Необходимость поэтапного проведения работ определяется объемом целого ряда НИОКР, необходимым для столь существенного изменения твэла.
На первом этапе разработки ТВС для ВВЭР-1200 в качестве базовой принимается 4-х годичная топливная кампания с ежегодной загрузкой 42 ТВС. Возможность реализации базовой кампании, удовлетворяющей всем установленным требованиям подтверждена проектными нейтронно-физическими расчетами
Последующее (за базовым) развитие топливных циклов направлено на повышение эффективности использования топлива и повышение коэффициента технического использования АЭС

При выполнении оценки эффективности топливоиспользования в активной зоне ВВЭР-1200 на основании расчетов постоянной приведенной стоимости топливной составляющей на единицу вырабатываемой электроэнергии получены следующие результаты:
- общая стоимость топливной составляющей (без дисконтирования потока платежей) при работе базовой стационарной загрузки в зависимости от цен на услуги в открытом топливном цикле находится в диапазоне от 3,4 до 11,0 миллс/квт*ч (стоимость подобного топливного цикла ВВЭР-1000 находится примерно в таком же диапазоне);
- переход на эксплуатацию энергоблока с базовой четырехгодичной кампании на кампанию с ежегодной перегрузкой 36 ТВС позволяет экономить до 3 % топливной составляющей стоимости;
- эксплуатация энергоблока с полуторагодичным циклом перегрузок приводит к повышению топливной составляющей стоимости относительно «базовой», на ~ 22 ÷ 27 %. При этом вне зависимости от ценового диапазона наблюдается рост относительного проигрыша с увеличением нормы дисконтирования, что объясняется значительным вкладом в формирование стоимости издержек начального этапа топливного цикла.
Для реализации длительных топливных циклов, следует рассмотреть возможность и целесообразность повышения обогащения топлива до 6,5 % по U-235.
Заключение ч.2